Materiali Nanocompositi

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I Nanocompositi Ing. Filippo Fedi Istituto per i materiali compositi e biomedici IMCB Consiglio Nazionale delle Ricerche

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Materiali Nanocompositi Nanocomposite Material Matrice ceramica Contact: fil.fedi (AT)gmail.com Matrice polimerica Sintesi Caratterizzazione Applicazioni

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  • 1. I Nanocompositi Ing. Filippo Fedi Istituto per i materiali compositi e biomedici IMCB Consiglio Nazionale delle Ricerche

2. I materiali Nanocompositi DefinizioneAspetto storicoTipologieCaratterizzazioniApplicazioni2 3. I materiali Nanocompositi Sinergia con i compositi a matrice polimericaFunzione della matrice Disperdere le fibre Trasferimento del carico al rinforzo Aumentare la durezza?Funzione del rinforzo Sostenere il carico, aumentare le propriet Costo inferiore? 3 4. I materiali Nanocompositi In cosa si differenziano quindi?!Materiale costituito da due o pi fasi in cui uno dei componenti presenta almeno una dimensione che al di sotto dei 100 nanometri; tali rinforzi particellari prendono il nome di nanofiller o nanorinforzi. Si riducono i difetti/impurezze Le propriet meccaniche migliorano proporzionalmente 4 5. I materiali Nanocompositi La NANOSCIENZA riguarda lo studio di oggetti di dimensione fra il nanometro e le centinaia di nanometri.Il prefisso nano significa 10-9un nanometro un miliardesimo di metro5 6. I materiali Nanocompositi 0D Isodimensionaliquando tutte e tre le dimensioni sono dellordine dei nanometri1D2DWiskers o nanotubiLamellariQuando due dimensioni caratteristiche sono dellordine dei nanometri, e la terza invece maggioreUno spessore , di norma, dellordine di qualche nanometro, a fronte di qualche centinaia di nanometri di lunghezza e/o larghezza 6 7. I materiali Nanocompositi Caratterizzati da propriet notevolmente superiori rispetto ai microcompositi particellari tradizionaliMeccanicheTermicheOtticheChimico-fisiche 7 8. I materiali Nanocompositi Bassi contenuti di nanofiller > aumento della densit, diminuzione della processabilit, alterazione della tenacit a frattura, opacit. 8 9. Aspetto storico In natura i nanocompositi esistono da milioni di anni!Ossa LegnoConchiglie Lingegneria conosce i nanomateriali dagli anni 80! I primi nanocompositi commerciali sono stati utilizzati dalla Toyota per parti automobilistiche. Nanocompositi polimer/clay 9 10. Perch i Nanocompositi? La riduzione delle dimensioni di un additivo da scala micrometrica a scala nanometrica, comporta una serie di vantaggi, in termini di prestazioni del composito, derivanti essenzialmente dalle nanodimensioni delle inclusioni e, quindi, dal conseguente aumento dell area superficiale totale del materiale.10 11. Classi di NanocompositiNanocompositi a matrice ceramicaNanocompositi a matrice metallicaNanocompositi a matrice polimerica11 12. Matrice ceramica I materiali ceramici sono utilizzati principalmente per applicazioni strutturali grazie alla loro elevata resistenza ai carichi e agli attacchi chimici. Il loro grande problema quello della fragilit!Materiali ceramici speciali: SiC, B4C , Al2O3,Si3N4, .Resistenza ad alta temperatura (>1500 C) senza incorrere in degradazione o ossidazione. Applicazioni: parti strutturali di motori aeronautici, scambiatori termici catalitici, centrali nucleari e coating di veicoli spaziali.12 13. Silicon Carbide/Silicon Nitride (SiC/Si3N4) Un miglioramento 200% sia resistenza e tenacit, migliore resistenza alle alte temperature ed al creep.Spessore del bordo del grano (GB) dellordine di 50 nm, Dimensioni delle particelle di SiC :200-300 nm e dei grani di Si3N4: 0.8 to 1.5 m13 14. Superhard nanocomposite coatings Hard materials: durezza > 20 GPa. Superhard: durezza>40 GPa Ultra-hard materials >80 GPa Nanocomposite coatings possono essere hard, superhard o ultra-hard, a seconda del coating e delle applicazioni.14 15. Superhard nanocomposite coatings Chemical vapor deposition (CVD) Laser ablation Thermal evaporation Ion beam deposition Ion implantation15 16. Matrice polimerica Esiste unampia variet di filler cristallini, sintetici o naturali, che, sotto specifiche condizioni, permettono lintercalazione di un polimero. PolimeroNanofillerTg (C)PolystyreneSWCNT3PolycarbonateSiC (0.51.5 wt%) (2060 nm particlesNDPoly(vinyl chloride)Exfoliated clay (MMT) (